(57)【要約】【課題】簡単かつ目標が明確な運転操作によって原子炉内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御して、キセノン振動を抑制すること。【解決手段】軸方向出力分布偏差（ＡＯＸ、ＡＯＩ）に基づきパラメータＤＡＯＰＸ（＝ＡＯＰ−ＡＯＸ）、ＤＡＯＩＸ（＝ＡＯＩ−ＡＯＸ）を算出する。そして、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）と、予め求めた許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）とに基づき、パラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸの軌跡によって描かれる楕円の長径に向けて、前記軌跡のプロット点を誘導するように制御棒を移動制御する。【選択図】図１
2010190853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出ステップと、
前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記炉心の安全性を確保するために必要な、キセノンパラメータの許容値及びヨウ素パラメータの許容値と、前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動ステップと、
を含むことを特徴とする軸方向出力分布制御方法。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）、又は（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、又は（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）、又は（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【請求項２】
前記パラメータ算出ステップの後であって前記制御棒移動ステップの前に、直交座標系において、前記キセノンパラメータの許容値を一方の軸に、前記ヨウ素パラメータの許容値を他方の軸として、前記キセノンパラメータの許容値及び前記ヨウ素パラメータの許容値によって描かれる許容範囲軌跡を表示手段に表示するとともに、前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータを前記一方の軸に、前記ヨウ素パラメータを前記他方の軸にした軌跡を前記表示手段に表示する軌跡表示ステップを有する請求項１に記載の軸方向出力分布制御方法。
【請求項３】
前記制御棒移動ステップにおいては、
前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータとヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超える前に、前記楕円の長径に向けてキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するようにするように前記制御棒を移動制御する請求項２に記載の軸方向出力分布制御方法。
【請求項４】
前記キセノンパラメータの許容値を直交座標系の横軸に、前記ヨウ素パラメータの許容値を前記直交座標系の縦軸にした場合において、
前記横軸と、前記楕円の長径と、前記許容範囲軌跡とで囲まれる領域に、前記キセノンパラメータ及び前記ヨウ素パラメータが入ったときに、前記楕円の長径に向けてキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御する請求項３に記載の軸方向出力分布制御方法。
【請求項５】
前記制御棒移動ステップの前に、前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えたか否かを判定する許容範囲超過判定ステップを有し、
前記制御棒移動ステップにおいては、前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えた場合に、前記キセノンパラメータ及び前記ヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御する請求項１又は２に記載の軸方向出力分布制御方法。
【請求項６】
前記許容範囲超過判定ステップにおいて、前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えたと判定されたとき、その旨を報知する報知ステップを有する請求項５に記載の軸方向出力分布制御方法。
【請求項７】
原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出部と、
前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出部と、
直交座標系において、前記炉心の安全性を確保するために必要な、キセノンパラメータの許容値を一方の軸に、ヨウ素パラメータの許容値を他方の軸として、前記キセノンパラメータの許容値及び前記ヨウ素パラメータの許容値によって描かれる許容範囲軌跡、及び前記パラメータ算出部が算出した前記キセノンパラメータを前記一方の軸に、前記ヨウ素パラメータを前記他方の軸にした軌跡を表示手段に表示する軌跡表示部と、
を含むことを特徴とする軸方向出力分布制御補助装置。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）、又は（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、又は（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）、又は（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【請求項８】
前記パラメータ算出部が算出したキセノンパラメータとヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記炉心の安全性を確保するために必要なキセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えると判断されたときには、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するようにするように制御棒を移動制御する制御棒移動部を備える請求項７に記載の軸方向出力分布制御補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の軸方向における出力分布を制御する技術に関し、特に、加圧水型原子炉内で発生しうるキセノン振動を抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所等で用いられる加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）においては、キセノン振動という現象が発生することが知られている。このキセノン振動は、核分裂で発生する核分裂生成物のうち、中性子の吸収能力が高いキセノンの空間濃度分布が変動することにより引き起こされる原子炉内における出力分布の空間振動のことである。
【０００３】
キセノン振動が発生すると、原子炉内の出力分布の歪みが大きくなり、局所的に出力が過大となり、原子炉の炉心には局所的に温度が上昇する部分が発生することがある。原子炉の運転中において炉心の健全性を確保するために、キセノン振動が発生した場合には、これを安全性に問題がない範囲内に抑制する必要がある。
【０００４】
上記のような出力分布の過大な歪みを抑制する技術として、軸方向出力分布を一定の範囲内に収めるような「出力分布制御法」が知られている。例えば、軸方向出力分布一定値制御法では、定格出力において、制御棒がほぼ全引き抜きの状態で安定している状態の軸方向出力分布偏差（ＡＯ：Axial Offset）を目標値と定める。そして、運転時の軸方向出力分布偏差ＡＯ（出力が定格出力より低い場合はＡＯに相対出力を乗じた値）が、当該目標値から一定の許容範囲内に収まっているか否かを監視し、軸方向出力分布偏差ＡＯが当該許容範囲から逸脱した場合、制御棒を用いて直ちに許容範囲内に誘導するように制御している（特許文献１、非特許文献１）。
【０００５】
また、本願発明者による発明として、特許第３２０２４３０号公報に記載のキセノン振動制御方法が知られている（特許文献２、非特許文献２、非特許文献３）。このキセノン振動制御方法では、原子炉の炉心における軸方向出力分布偏差（ＡＯＰ）と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ＡＯＸ）と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ＡＯＩ）とを利用する。そして、パラメータＤＡＯＰＸ（＝ＡＯＰ−ＡＯＸ）をＸ軸に、パラメータＤＡＯＩＸ（＝ＡＯＩ−ＡＯＸ）をＹ軸にプロットしたときの軌跡に基づいて、この軌跡を原点に移動させるように制御棒を挿入あるいは引き抜くことによって発生したキセノン振動を消滅させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２１７７９号公報
【特許文献２】特許第３２０２４３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】火力原子力発電Vol.31 No.2「ＰＷＲのロードフォロー運転」
【非特許文献２】日本原子力学会誌Vol.33 No.3「軸方向出力分布偏差のオンラインデータ処理に基づくＰＷＲの軸方向キセノン振動の最適制御法」
【非特許文献３】日本原子力学会誌Vol.38 No.1「負荷追従運転時のキセノン振動制御に対するアキシャルオフセット軌跡法の改良」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の「出力分布制御法」は、単に、軸方向出力分布偏差ＡＯを許容範囲内に制御するものであるため、大きなキセノン振動の発生は防げても、キセノン振動を消滅させることはできない。したがって、別途、キセノン振動の制御、発生に対する対策を講じなければならないという問題がある。また、出力分布の情報のみに基づいて制御するものであるため、出力値に応じて許容範囲が変化する等、運転方法に多くの制約があり、原子炉を効率的に運転することが困難であるという問題もある。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載された発明は、発生したキセノン振動を消滅させる点では確実な方法であって効果的であるが、あくまでも既に発生してしまったキセノン振動を制御するものである。このため、出力分布制御には適用できない。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、簡単かつ目標が明確な運転操作によって原子炉内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御してキセノン振動を抑制すること、キセノン振動を抑制する作業の負荷を軽減することのうち、少なくとも一つを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る軸方向出力分布制御方法は、  原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出ステップと、前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、前記炉心の安全性を確保するために必要な、キセノンパラメータの許容値及びヨウ素パラメータの許容値と、前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動ステップと、を含むことを特徴とする。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）、又は（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、又は（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）、又は（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【００１２】
本発明は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）とその許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）とに基づいて、前記パラメータの軌跡によって描かれる楕円の長径に向けて、前記パラメータの最新の値（プロット点）を誘導するように制御棒を移動制御する。これによって、原子炉内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御でき、キセノン振動を迅速かつ極めて小さく抑制し、原子炉制御上の安全性を確実なものにすることができる。同時に、キセノン振動を抑制する作業の負荷を軽減できる。また、前記パラメータとその許容値とを比較することで、制御棒の移動タイミング及び移動量が容易に視認され、簡単かつ確実に制御棒を操作することができ、制御戦略を極めて簡単明瞭なものにすることができる。さらに、前記パラメータの最新の値とその許容値とを同時に比較することにより、前記パラメータの最新の値が許容値を超えた場合のみならず、超える前であっても制御棒を移動させることができる。これによって、前記パラメータの最新の値が許容値を超えるおそれがある場合でも原子炉内の軸方向出力分布を制御して、キセノン振動を迅速に抑制できる。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御方法において、前記パラメータ算出ステップの後であって前記制御棒移動ステップの前に、直交座標系において、前記キセノンパラメータの許容値を一方の軸に、前記ヨウ素パラメータの許容値を他方の軸として、前記キセノンパラメータの許容値及び前記ヨウ素パラメータの許容値によって描かれる許容範囲軌跡を表示手段に表示するとともに、前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータを前記一方の軸に、前記ヨウ素パラメータを前記他方の軸にした軌跡を前記表示手段に表示する軌跡表示ステップを有することが好ましい。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御方法において、前記制御棒移動ステップにおいては、前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータとヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超える前に、前記楕円の長径に向けてキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するようにするように前記制御棒を移動制御することが好ましい。
【００１５】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御方法において、前記キセノンパラメータの許容値を直交座標系の横軸に、前記ヨウ素パラメータの許容値を前記直交座標系の縦軸にした場合において、前記横軸と、前記楕円の長径と、前記許容範囲軌跡とで囲まれる領域に、前記キセノンパラメータ及び前記ヨウ素パラメータが入ったときに、前記楕円の長径に向けてキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御することが好ましい。
【００１６】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御方法において、前記制御棒移動ステップの前に、前記パラメータ算出ステップで算出された前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えたか否かを判定する許容範囲超過判定ステップを有し、前記制御棒移動ステップにおいては、前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えた場合に、前記キセノンパラメータ及び前記ヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するように制御棒を移動制御することが好ましい。
【００１７】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御方法において、前記許容範囲超過判定ステップにおいて、前記許容範囲超過判定ステップにおいて、前記キセノンパラメータと前記ヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記キセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えたと判定されたとき、その旨を報知する報知ステップを有することが好ましい。
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出部と、前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出部と、直交座標系において、前記炉心の安全性を確保するために必要な、キセノンパラメータの許容値を一方の軸に、ヨウ素パラメータの許容値を他方の軸として、前記キセノンパラメータの許容値及び前記ヨウ素パラメータの許容値によって描かれる許容範囲軌跡、及び前記パラメータ算出部が算出した前記キセノンパラメータを前記一方の軸に、前記ヨウ素パラメータを前記他方の軸にした軌跡を表示手段に表示する軌跡表示部と、を含むことを特徴とする。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）、又は（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、又は（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）、又は（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【００１９】
本発明は、キセノン振動を抑制するにあたって、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）とその許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）とを表示手段に表示させる。そして、前記パラメータの軌跡によって描かれる楕円の長径に向けて、前記パラメータの最新の値（プロット点）を誘導するように制御棒を移動制御する。これによって、キセノン振動を抑制するにあたっては、表示手段に表示された前記パラメータとその許容値とを比較できるので、制御棒の移動タイミング及び移動量が容易に視認できる。その結果、簡単かつ確実に制御棒を操作することができるので、キセノン振動を抑制する作業の負荷を軽減でき、また、制御戦略を極めて簡単明瞭なものにすることができる。
【００２０】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布制御補助装置において、前記パラメータ算出部が算出したキセノンパラメータとヨウ素パラメータとの少なくとも一方が、前記炉心の安全性を確保するために必要なキセノンパラメータの許容値と前記ヨウ素パラメータの許容値との少なくとも一方を超えると判断されたときには、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径に向けて、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが移動するようにするように制御棒を移動制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、簡単かつ目標が明確な運転操作によって原子炉内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御して、キセノン振動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本実施形態に係る軸方向出力分布制御装置及び原子炉の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施形態において、キセノン振動が安定している場合におけるプロット軌跡を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態において、キセノン振動が発散性の場合におけるプロット軌跡を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態において、キセノン振動中のＡＯＰを示す図である。
【図５】図５は、図４に対応する（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態の軸方向出力分布制御方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡を示す図である。
【図８】図８は、（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）の軌跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る軸方向出力分布制御プログラム１ａを搭載した軸方向出力分布制御装置１と、この軸方向出力分布制御装置１によって制御される原子炉１０の全体構成を示している。本実施形態において、原子炉１０は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。原子炉１０は、圧力容器１１と、この圧力容器１１内に設けられる炉心１２と、この炉心１２内の核分裂反応を制御する制御棒１３と、この制御棒１３を上下方向に駆動する制御棒駆動装置１４と、炉心１２の高さ位置に対応して分割して配置される炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂと、炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂの検出値に基づいて炉心１２の相対出力を算出する中性子束計測装置１６とを有している。
【００２５】
炉心１２の内部には、核燃料となる複数の燃料棒１３が配置されている。制御棒１３は、制御棒駆動装置１４によって駆動され、炉心１２に対して挿入及び抜き出しの制御が可能に構成されている。なお、本実施形態において、「軸方向」とは、炉心１２の軸方向をいうものであり、燃料棒１３の長手方向及び制御棒１３の駆動方向に一致している。そして、加圧水型原子炉では、軸方向におけるキセノン振動が優位であることから、本実施形態では軸方向におけるキセノン振動について説明する。
【００２６】
制御棒駆動装置１４は、後述する演算処理手段５によって制御され、制御棒１３を上下方向に駆動する。また、炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂは、炉心１２の上半分及び下半分の中性子束を検出するものである。中性子束計測装置１６は、炉外中性子束検出器１５ａ又は炉内中性子束検出器１５ｂの検出値に基づき、炉心上半分の相対出力（以下、ＰＴという）及び炉心下半分の相対出力（以下、ＰＢという）を算出する。なお、本実施形態において、相対出力とは、原子炉１０の定格出力を１．０に規格化した際の出力をいうものとする。
【００２７】
軸方向出力分布制御装置１は、図１に示すように、主として、液晶ディスプレイ等からなる表示手段２と、キーボードやマウス等からなる入力手段３と、本実施形態の軸方向出力分布制御プログラム１ａや各種のデータ等を記憶する記憶手段４と、これら各構成手段を制御するとともに各種のデータを取得して演算処理を実行する演算処理手段５とから構成されている。軸方向出力分布制御装置１は、原子炉１０の軸方向出力分布を制御して、キセノン振動を抑制する他、軸方向出力分布制御を補助する軸方向出力分布制御補助装置としても機能する。
【００２８】
軸方向出力分布制御装置１が備える記憶手段４は、ハードディスクやＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、図１に示すように、プログラム保存部４１と、制御情報保存部４２とを有している。次に、記憶手段４の各構成部についてより詳細に説明する。プログラム保存部４１には、本実施形態の軸方向出力分布制御プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段５によって実行されることにより、原子炉１０の軸方向出力分布制御を実現する。
【００２９】
制御情報保存部４２は、原子炉１０の炉心１２における軸方向出力分布偏差（以下、「ＡＯＰ」と略する場合がある）に関する許容範囲（許容値）を記憶するものである。この許容範囲は、炉心１２の安全解析と矛盾がないように、炉心１２の特性によって定められるものであり、炉心１２の軸方向における出力が変化することにより発生するキセノン振動の影響を抑制し、炉心１２の安全性を確保しうる範囲に設定される。
【００３０】
軸方向出力分布制御装置１が備える演算処理手段５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等から構成されている。演算処理手段５は、図１に示すように、相対出力取得部５１と、軸方向出力分布偏差算出部５２と、パラメータ算出部５３と、軌跡表示部５４と、許容範囲判定部５５と、制御棒移動部５６と、報知部５７とを有する。演算処理手段５は、プログラム保存部４１にインストールされた軸方向出力分布制御プログラム１ａを読み込んで実行することにより、原子炉１０の軸方向出力分布制御を実現する。
【００３１】
すなわち、演算処理手段５が軸方向出力分布制御プログラム１ａを読み込んで実行することにより、相対出力取得部５１、軸方向出力分布偏差算出部５２、パラメータ算出部５３、軌跡表示部５４、許容範囲判定部５５、制御棒移動部５６、報知部５７それぞれの機能が実現される。なお、軸方向出力分布制御装置１が、本実施形態に係る軸方向出力分布制御補助装置の機能を実現するためには、少なくとも、軸方向出力分布偏差算出部５２と、パラメータ算出部５３と、軌跡表示部５４とがあればよい。
【００３２】
次に、演算処理手段５の各構成部についてより詳細に説明する。相対出力取得部５１は、炉心１２の上下領域における相対出力ＰＴ及びＰＢを取得するものである。本実施形態において、相対出力取得部５１は、所定の時間間隔で中性子束計測装置１６から相対出力ＰＴ及びＰＢを取得し、軸方向出力分布偏差算出部５２へ出力する。
【００３３】
軸方向出力分布偏差算出部５２は、原子炉１０の炉心１２における軸方向出力分布偏差（炉心軸方向出力分布偏差）と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（キセノン対応炉心軸方向出力偏差分布）と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ヨウ素対応炉心軸方向出力偏差分布）とを算出する。
【００３４】
軸方向出力分布偏差算出部５２は、相対出力取得部５１から相対出力ＰＴ及び相対出力ＰＢを取得し、下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により炉心軸方向出力分布偏差、キセノン対応炉心軸方向出力偏差分布、ヨウ素対応炉心軸方向出力偏差分布を算出する。ここで、式（１）〜（３）は、相対出力ＰＴ、ＰＢ、キセノン濃度についての相対出力ＰＴＸ、ＰＢＸ、ヨウ素濃度についての相対出力ＰＴＩ、ＰＢＩの差であり、式（１）’〜（３）’は、式（１）〜（３）を、全炉心相対出力Ｐ＝（ＰＴ＋ＰＢ）＝（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）で除したものである。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）＝ΔＩ・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）＝ＡＯＰ・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝ＡＯＸ・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）＝ＡＯＩ・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の相対出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の相対出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の相対出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の相対出力
【００３５】
ここで、ＡＯＸ及びＡＯＩの算出方法についてより詳細に説明する。炉心上半分及び炉心下半分における平均キセノン濃度ＸＴ、ＸＢの変化は、それぞれ下記関係式（４）、（５）により軸方向出力分布偏差算出部５２が算出する。
ｄＸＴ／ｄｔ＝ｙＸΣｆφ０ＰＴ＋λＩＩＴ−（σａφ０ＰＴ＋λＸ）ＸＴ・・・式（４）
ｄＸＢ／ｄｔ＝ｙＸΣｆφ０ＰＢ＋λＩＩＢ−（σａφ０ＰＢ＋λＸ）ＸＢ・・・式（５）
また、炉心上半分及び炉心下半分における平均ヨウ素濃度ＩＴ、ＩＢの変化は、それぞれ下記式（６）、（７）により算出される。
ｄＩＴ／ｄｔ＝ｙＩΣｆφ０ＰＴ−λＩＩＴ・・・式（６）
ｄＩＢ／ｄｔ＝ｙＩΣｆφ０ＰＢ−λＩＩＢ・・・式（７）
ただし、
ｙＸ、ｙＩ：キセノン及びヨウ素の核分裂による発生割合
λＸ、λＩ：キセノン及びヨウ素の崩壊定数
Σｆ：巨視的核分裂断面積
σａ：キセノンの微視的吸収断面積
φ０：定格出力時の平均中性子束
【００３６】
したがって、軸方向出力分布偏差算出部５２が上記式（４）〜（７）を逐次積分することにより、炉心上半分及び炉心下半分における平均キセノン濃度ＸＴ、ＸＢ、及びヨウ素濃度ＩＴ、ＩＢが算出される。一方、平衡状態のキセノン濃度ＸＴＥｑ、ＸＢＥｑは、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態の相対出力ＰＴＥｑ、ＰＢＥｑを用いて下記関係式（８）、（９）により表される。
ＸＴＥｑ＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆφ０ＰＴＥｑ／（σａφ０ＰＴＥｑ＋λＸ）・・・式（８）
ＸＢＥｑ＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆφ０ＰＢＥｑ／（σａφ０ＰＢＥｑ＋λＸ）・・・式（９）
また、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態のヨウ素濃度ＩＴＥｑ、ＩＢＥｑは、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態の相対出力ＰＴＥｑ、ＰＢＥｑを用いて下記関係式（１０）、（１１）により表される。
ＩＴＥｑ＝ｙＩΣｆφ０ＰＴＥｑ／λＩ・・・式（１０）
ＩＢＥｑ＝ｙＩΣｆφ０ＰＢＥｑ／λＩ・・・式（１１）
【００３７】
上記式（８）、（９）より、炉心上半分及び炉心下半分におけるキセノン濃度ＸＴ、ＸＢが軸方向出力分布偏差算出部５２に与えられると、軸方向出力分布偏差算出部５２は、それらに対応した出力レベルＰＴＸ、ＰＢＸを算出する。したがって、ＡＯＸは、下記関係式（１２）により算出することができる。
ＡＯＸ＝（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ（ＸＴ−ＸＢ）／｛（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ（ＸＴ＋ＸＢ）−２σａＸＴＸＢ｝・・・式（１２）
同様に、ＡＯＩは、下記関係式（１３）により算出することができる。
ＡＯＩ＝（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）＝（ＩＴ−ＩＢ）／（ＩＴ＋ＩＢ）・・・式（１３）
【００３８】
パラメータ算出部５３は、パラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸを算出するものである。具体的には、パラメータ算出部５３は、軸方向出力分布偏差算出部５２からＡＯＰ、ＡＯＸ、ＡＯＩを取得し、パラメータＤＡＯＰＸ（＝ＡＯＰ−ＡＯＸ）及びパラメータＤＡＯＩＸ（＝ＡＯＩ−ＡＯＸ）を算出する。ここで、パラメータＤＡＯＰＸは、ＡＯＰとＡＯＸとの差を用いて表されるキセノンパラメータであり、パラメータＤＡＯＩＸは、ＡＯＰとＡＯＸとの差を用いて表されるヨウ素パラメータである。
【００３９】
本実施形態では、ＤＡＯＰＸ及びＤＡＯＩＸを、それぞれキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとして用いるが、これらに原子炉１０の全相対出力Ｐを乗じた値を、それぞれキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとしてもよい。この場合、キセノンパラメータは、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＝｛（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）｝×Ｐ、ヨウ素パラメータはＤＡＯＩＸ×Ｐ＝｛（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）｝×Ｐとなる。
【００４０】
ここで、Ｐ＝（ＰＴ＋ＰＢ）＝（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）なので、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐは、（ＰＴ−ＰＢ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐは、（ＰＴＩ−ＰＢＩ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）となる。すなわち、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐは、炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴ−ＰＢ）とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＸ−ＰＢＸ）との差分である（式（１−式（２））。また、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐは、ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＩ−ＰＢＩ）とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＸ−ＰＢＸ）との差分である（式（３）−式（２））。なお、キセノンパラメータとしてＤＡＯＰＸ×Ｐ、ヨウ素パラメータとしてＤＡＯＩＸ×Ｐを用いると、原子炉１０の出力変化に対する一般性を持たせることができるので、原子炉１０の出力が一定でない場合においても常時原子炉１０を監視できる。
【００４１】
なお、負荷追従運転によって出力が変動する場合、本実施形態の制御方法をそのまま適用することができない。したがって、特に、軸方向出力分布偏差ＡＯＸを算出する際には特別な配慮が必要となる。
【００４２】
次に、具体的に説明する。まず、上記関係式（４）、（５）には、出力ＰＴ、ＰＢと、キセノン濃度ＸＴ、ＸＢの積の項があるため、キセノン濃度変化は炉心１２の各領域の出力に対して非線形となる。このため、平衡キセノン濃度と出力の関係式（上記関係式（８）、（９））から分かるように、出力が増加すれば、平衡キセノン濃度は（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ／σａに漸近する。
【００４３】
もし、キセノン濃度がこの漸近値に近づくと、この値から逆算して得られる出力は無限大になり得る。このようなキセノン濃度は、例えば、定格出力運転から部分出力へ出力を低下すれば出現し得る。すなわち、上記関係式（１２）を用いて得られる偏差ＡＯＸは非常に大きくなり、実際の運転条件で考えられる値から大きく逸脱してしまうおそれがある。この場合、軌跡は発散する。
【００４４】
上記の問題は、軸方向出力分布偏差ＡＯＸを運転時の出力で、現時点のキセノン分布のオフセットを平衡条件下で与えるような軸方向出力分布のオフセットと定義することにより解決できる。
まず、キセノンオフセットＸｒを次式で定義する。
Ｘｒ＝（ＸＴ−ＸＢ）／（ＸＴ＋ＸＢ）・・・式（１４）
次に、上記関係式（８）、（９）を上記関係式（１４）に代入すると、
Ｘｒ＝λＸ（ＰＴ−ＰＢ）／｛λＸ（ＰＴ＋ＰＢ）＋２σａφ０ＰＴＰＢ｝・・・式（１５）
また、定義より、ＰＴとＰＢは次式で表される。
ＰＴ＝Ｐ（１＋ＡＯＸ）・・・式（１６）
ＰＢ＝Ｐ（１−ＡＯＸ）・・・式（１７）
ここで、Ｐは実際の運転出力（相対出力）であり、測定値から得られる。なお、上述した定義では、キセノン濃度からの逆算により得られるＰＴＸ、ＰＢＸから算出していたため、実際の出力と一致しない場合があった。
【００４５】
上記関係式（１６）、（１７）を上記式（１５）に代入し、軸方向出力分布偏差ＡＯＸについて解くと、下記関係式（１８）で表される。この関係式（１８）を使用することにより、どのような運転状態であっても本実施形態の制御方法を適用することができる。
ＡＯＸ＝｛−１＋√（１−４ＡＣ）｝／２Ａ・・・式（１８）
ただし、
Ａ＝σａφ０ＰＸｒ／λＸ
Ｃ＝−Ｘｒ−Ａ
【００４６】
軌跡表示部５４は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）をプロットした軌跡（プロット軌跡）、及びパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）の軌跡によって描かれる許容範囲軌跡を表示手段２に表示させる。具体的には、軌跡表示部５４は、記憶手段４の制御情報保存部４２に格納されている許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を取得し、直交座標系において許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）をＸ軸（一方の軸であり横軸）とし、また許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）をＹ軸（他方の軸であり縦軸）とする軌跡を表示手段２に表示させる。同時に、軌跡表示部５４は、パラメータ算出部５３により算出されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）を取得し、直交座標系においてパラメータ（ＤＡＯＰＸ）をＸ軸（一方の軸であり横軸）とし、またパラメータ（ＤＡＯＩＸ）をＹ軸（他方の軸であり縦軸）とするプロット軌跡を表示手段２に表示させる。
【００４７】
炉心軸方向出力分布偏差として式（１）に示すΔＩを用いる場合、軌跡表示部５４は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）それぞれに全相対出力Ｐを乗じた値（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）をプロットした軌跡（プロット軌跡）を表示手段２に表示させる。具体的には、軌跡表示部５４は、パラメータ算出部５３により算出されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）を取得し、直交座標系においてパラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ）をＸ軸（一方の軸であり横軸）とし、またパラメータ（ＤＡＯＩＸ×Ｐ）をＹ軸（他方の軸であり縦軸）とするプロット軌跡を表示手段２に表示させる。同様に、許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）、許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）についても、それぞれ全相対出力Ｐを乗じて表示手段２に表示させる。なお、軌跡の表示方法は、これに限られるものではなく、例えば直交座標系において、パラメータＤＡＯＰＸやＤＡＯＰＸ×ＰをＹ軸に、パラメータＤＡＯＩＸやＤＡＯＩＸ×ＰをＸ軸にした軌跡を表示するようにしてもよい。
【００４８】
ここで、直交座標系において、パラメータ（ＤＡＯＰＸ）と許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）とは同じ軸（Ｘ軸）に、パラメータ（ＤＡＯＩＸ）と許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）とは同じ軸（Ｙ軸）に表示される。なお、軌跡の表示方法は、これに限られるものではなく、例えば直交座標系において、パラメータ（ＤＡＯＰＸ）及び許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）をＹ軸に、パラメータ（ＤＡＯＩＸ）及び許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）をＸ軸にした軌跡を表示するようにしてもよい。
【００４９】
なお、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡は、次に示す（１）〜（５）の特徴を有していることが知られている。
（１）キセノン振動が安定している場合、図２に示すように、軌跡は原点を中心とする偏平な楕円になる。当該楕円の長径ａは、第１象限と第３象限に存在し、キセノン振動の大きさによらず、横軸に対して一定角度（約３６°前後）で傾斜する。
（２）軌跡は、常に反時計回りで進行し、キセノン振動の１周期（約３０時間）で原点の周りを１周する。よって、この楕円上を移動する速さは、楕円の長径ａから離れるほど速くなる。
（３）キセノン振動が発散性の場合、図３に示すように、楕円状の渦巻きが大きくなり、収束性の場合には小さくなって原点に収束する。
（４）制御棒１３をステップ状に炉心１２に挿入すると、軌跡は横軸に平行に負側に移動し、制御棒１３を炉心１２から引き抜くと、軌跡は横軸に平行に正側に移動する。また、制御棒１３を停止すると、軌跡はその位置から上記（１）〜（３）の特徴を有する新たな楕円を描く。
（５）軌跡が原点にあるとき（ＡＯＰ＝ＡＯＸ＝ＡＯＩの条件のとき）、キセノン振動は消滅する。
【００５０】
パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）は、炉心１２の安全性を確保し得るＡＯＰの制限範囲内でとり得る軸方向出力分布偏差ＡＯＰ、ＡＯＸ、ＡＯＩに基づき、炉心１２の安全解析によって、その結果を包絡するように求められる。このように、許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）は、炉心１２の安全解析と矛盾がないように、炉心１２の特性によって定められるものであり、炉心１２の軸方向における出力が変化することにより発生するキセノン振動の影響を抑え、炉心１２の安全性を確保しうる範囲に設定される。得られた許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）は、記憶手段４の制御情報保存部４２に保存され、必要に応じて演算処理手段５に読み出される。軌跡表示部５４が表示手段２へ許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を表示させると、原点の周りに許容範囲が描かれる。本実施形態では、この許容範囲をパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が超えないように、原子炉１０内の軸方向出力分布が制御される。
【００５１】
ここで、許容値ＤＡＯＰＸ＿Ｌはキセノンパラメータの許容値であり、許容値ＤＡＯＩＸ＿Ｌはヨウ素パラメータの許容値である。キセノンパラメータとしてＤＡＯＰＸ×Ｐを用い、ヨウ素パラメータとしてＤＡＯＩＸ×Ｐを用いる場合、許容値ＤＡＯＰＸ＿Ｌに全相対出力Ｐを乗じたものがキセノンパラメータの許容値となり、許容値ＤＡＯＩＸ＿Ｌに全相対出力Ｐを乗じたものヨウ素パラメータの許容値となる。
【００５２】
許容範囲判定部５５は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を超えたか否かを判別するものである。具体的には、許容範囲判定部５５は、パラメータ算出部５３が算出したパラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸと許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）及び許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）とを比較する。そして、パラメータＤＡＯＰＸが許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ）を超えていることと、パラメータＤＡＯＩＸが許容値（ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を超えていることとの少なくとも一方が成立する場合に、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を超えたと判定する。その場合、許容範囲判定部５５は、その旨の信号（警報信号）を制御棒移動部５６と報知部５７との少なくとも一方へ出力するようになっている。
【００５３】
制御棒移動部５６は、制御棒駆動装置１４を制御して、制御棒１３の炉心に対する挿入・抜き出し・停止の移動制御を実行するものである。本実施形態では、表示手段２に表示された許容範囲軌跡と、パラメータ算出部５３によって算出された現時点におけるパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）とを作業者が監視する。そして、監視中に、例えば、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容範囲軌跡を超えそうになった場合（すなわち、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を超える前）に、作業者は入力手段３を介して制御棒１３を移動させるための操作を実行する。これによって、キセノン振動が大きくなる前に原子炉１０内の軸方向出力分布を制御できるので、キセノン振動を迅速に抑制できる。また、制御棒移動部５６は、許容範囲判定部５５からパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）を超えた旨の信号を受け取った場合に、制御棒１３を移動させるようにしてもよい。
【００５４】
報知部５７は、ＡＯＰが許容範囲を超えた旨を警報するものである。本実施形態において、報知部５７は、許容範囲判定部５５からＡＯＰが許容範囲を超えた旨の出力信号を取得した場合、軌跡表示部５４によるプロット点の表示色を変更する。例えば、通常時（パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）内にあるとき）のプロット点が青色で表示される場合、報知部５７は、青色とは異なる赤色等の目立つ色でプロット点を表示させることで、原子炉１０の作業員に報知するようになっている。そして、報知部５７によって警報がなされると、作業員は、入力手段３を介して制御棒１３を移動させるための操作をしてもよい。この場合、制御棒移動部５６は、入力手段３から入力された操作情報（移動方向や移動量）を取得し、当該操作に対応する駆動信号を制御棒駆動装置１４へ出力するようになっている。なお、報知部５７による警報方法は、上述した構成に限られるものではない。例えば、表示手段２に別途、警告メッセージを表示させるようにしてもよく、あるいは音声出力手段から警報を発生させるようにしてもよい。
【００５５】
本実施形態において、制御棒１３を移動させる際には、表示手段２に表示された楕円軌跡のプロット点が、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）によって描かれる楕円の長径に向けて移動するように操作するだけでよい。これは、本願発明者による従来にない新たな知見に基づく操作方法である。すなわち、本願発明者は、プロット点が楕円軌跡の長径上にある場合、ＡＯＰが一定であるという事実を見出した。
【００５６】
上記事実について、図面を用いてより詳細に説明する。図４は、炉心１２に制御棒１３を挿入し（原点〜Ａ点）、一定時間保持した後（Ａ点〜Ｂ点）、引き抜くことにより（Ｂ点〜Ｃ点）外乱を付与し、キセノン振動を誘発させたときの炉心１２の軸方向出力分布偏差ＡＯＰを示している。また、図５は、図４に対応するパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡を示している。
【００５７】
図４に示すように、軸方向出力分布偏差ＡＯＰの挙動は、キセノン振動の発生に繋がる所定の周期で上下に振動を繰り返しているところ、その変化率、すなわち接線の傾きは、極点（Ｄ、Ｅ、Ｆ）において０となる。そして、これらの極点（Ｄ、Ｅ、Ｆ）は、図５の楕円軌跡上においては長径上に位置している。したがって、プロット点が楕円軌跡の長径上に存在する場合、軸方向出力分布偏差ＡＯＰは一定であり、プロット点が長径ａから離れているときは、常に軸方向出力分布偏差ＡＯＰが変化しつつあること、すなわちキセノン振動が大きくなりつつあることが示されている。
【００５８】
また、パラメータＤＡＯＰＸは、（ＡＯＰ−ＡＯＸ）で定義されるため、楕円軌跡の長径ａ及び短径は、軸方向出力分布偏差ＡＯＰ（図４の振幅）に比例する。したがって、上記の特徴（４）より、プロット点を楕円軌跡の長径ａに向けて誘導するだけで、楕円軌跡の長径が短くなるため、当該偏差ＡＯＰは小さくなる。そして、移動後の位置から長径ａ及び短径が短縮化された楕円軌跡を描くこととなる。すなわち、キセノン振動が極めて小さなものとなる。
【００５９】
なお、制御棒１３を移動する際には、プロット点を長径ａ上まで移動させることが好ましいが、可能な限り近づけるだけでもよい。これにより、軸方向出力分布偏差ＡＯＰの変化率が最小になるため、キセノン振動を抑制できる。また、他に外乱が存在しない限り、プロット点を移動させた後は、キセノン振動は振幅が小さくなる方向に進展するため、その後は放置しておいても、プロット点が原点に接近してゆき、キセノン振動は自然に消滅する方向に向かう。
【００６０】
また、本実施形態では、制御棒１３を作業員によって操作しているが、この構成に限られるものではなく、制御棒移動部５６によって自動制御するようにしてもよい。この場合、制御棒移動部５６は、許容範囲判定部５５から警報信号を取得すると、現在のプロット点から楕円軌跡の長径ａまでのＸ軸方向距離を算出する。そして、当該距離に基づいて、制御棒１３の移動量を算出し、その分だけ制御棒１３を挿入させる旨の操作信号を制御棒駆動装置１４へ出力するように構成される。この場合も、制御棒移動部５６が、楕円の長径に向けてプロット点を誘導するように制御棒を移動制御することになる。ただし、制御棒１３の移動量とプロット点の移動量との関係は、時々刻々変化するものであるため、その時点での条件に応じた演算処理が実行される。
【００６１】
次に、図６〜図８を用いて、本実施形態に係る軸方向出力分布制御方法を説明する。本実施形態に係る軸方向出力分布制御方法は、軸方向出力分布制御装置１が本実施形態に係る軸方向出力分布制御プログラム１ａを実行することにより実現される。加圧水型原子炉を制御する場合、まず、ステップＳ１において、軸方向出力分布制御１の相対出力取得部５１は、中性子束計測装置１６から炉心上半分の相対出力（ＰＴ）及び炉心下半分の相対出力（ＰＢ）を取得する。
【００６２】
次に、ステップＳ２に進み、軸方向出力分布偏差算出部５２は、相対出力取得部５１によって取得されたＰＴ及びＰＢに基づき、上記関係式（１）〜（３）を用いて各軸方向出力分布偏差ＡＯＰ、ＡＯＸ、及びＡＯＩを算出する（軸方向出力分布偏差算出ステップ）。また、ステップＳ３において、パラメータ算出部５３は、軸方向出力分布偏差算出部５２が算出した各軸方向出力分布偏差ＡＯＰ、ＡＯＸ、及びＡＯＩから、パラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸを算出する（パラメータ算出ステップ）。
【００６３】
次にステップＳ４に進み、軌跡表示部５４は、記憶手段４の制御情報保存部４２から許容範囲軌跡を取得して表示手段２へ表示させるとともに（図７の点線Ｌ）、パラメータ算出部５３が算出したパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）を示すプロット点を表示手段２へ表示させる（軌跡表示ステップ）。パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット点の軌跡は図７の実線Ｔであり、原点Ｏの周りを１周すると楕円（楕円軌跡）となる。パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット点が原点Ｏの周りを１周した場合に描かれる楕円の長径ａは、図７の一点鎖線で示される。
【００６４】
次にステップＳ５に進み、制御棒１３を移動させるか否かが判定される。本実施形態においては、作業者が表示手段２に表示されたパラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸの最新のプロット点と、許容値（ＤＡＯＰＸ＿Ｌ、ＤＡＯＩＸ＿Ｌ）の許容範囲軌跡Ｌとを比較する。そして、現時点、すなわち最新のパラメータＤＡＯＰＸとパラメータＤＡＯＩＸとの少なくとも一方が、許容値ＤＡＯＰＸ＿Ｌと許容値ＤＡＯＩＸ＿Ｌとの少なくとも一方を超えそうになった場合（最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えそうになった場合）、あるいは超えた場合（最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えた場合）に、制御棒１３を移動させると判定される。なお、ステップＳ５における制御棒１３を移動させるか否かの判定では、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えた場合の方が、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えそうになった場合よりも優先される。
【００６５】
ステップＳ５でＮｏと判定された場合、ステップＳ１〜ステップＳ５が繰り返される。この場合、軌跡表示部５４は、ステップＳ４でパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）を示すプロット点を表示手段２に表示するので、所定の時間間隔でプロット点の軌跡が表示手段２に表示される。なお、一度許容範囲軌跡Ｌが表示手段２に表示されていれば、以降はそのまま許容範囲軌跡の表示が継続される。
【００６６】
次に、ステップＳ５でＹｅｓと判定された場合、すなわち、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えそうになった場合（図７のＰＴ１）、あるいは超えた場合（図７のＰＴ２）、ステップＳ６に進み、作業員は、入力手段３から制御棒１３を移動させるための操作を実行する（制御棒移動ステップ）。本実施形態において、作業員は、表示手段２に表示されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の最新のプロット点が、楕円軌跡の長径ａに向けて移動するように制御棒１３を操作する。
【００６７】
これにより、他に外乱がない限り、軸方向出力分布偏差ＡＯＰの変化率が最小になるため、キセノン振動を抑制できる。また、キセノン振動は振幅が小さくなる方向に進展するため、その後は放置しておいても、プロット点が原点Ｏに接近してゆき、キセノン振動は自然に消滅する方向に向かう。制御棒１３を移動制御した後は、ＳＴＡＲＴへ戻り、原子炉１０の運転状況の監視が継続される。
【００６８】
楕円軌跡の長径ａは、パラメータ算出部５３によって算出されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット点の軌跡で形成される楕円の長径ａである。ここで、上述したように、楕円の長径は、第１象限と第３象限に存在し、キセノン振動の大きさによらず、横軸に対して一定角度（約３６°前後）で傾斜するので、許容範囲軌跡Ｌも、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット点の楕円軌跡と同じく、長径が第１象限と第３象限に存在する楕円となる。したがって、ステップＳ６においては、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の最新のプロット点が、許容範囲軌跡Ｌの長径に向けて移動するように制御棒１３が操作されるようにしてもよい。
【００６９】
ここで、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えそうになった場合（図７のＰＴ１）は、Ｘ軸と、楕円の長径ａと、許容範囲軌跡Ｌとで囲まれる領域Ａ１、Ａ２に軌跡のプロット点が入ったときに、前記楕円の長径に向けてパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の最新のプロット点を楕円の長径ａに向けて移動するように制御棒１３を移動させることが好ましい。例えば、プロット点ＰＴ０は領域Ａ１、Ａ２にないため、時間が経過して最新のプロット点ＰＴｎが領域Ａ２に入ってから制御棒１３を移動させる操作が実行されることが好ましい。このようにすれば、制御棒１３の引き抜き過ぎ、あるいは挿入し過ぎという無駄な動作を回避できるので、より迅速にキセノン振動を抑制できる。なお、領域Ａ１、Ａ２は、Ｘ軸上、楕円の長径ａ上、許容範囲軌跡Ｌ上を含む。
【００７０】
ここで、制御棒移動部５６によって制御棒１３を自動制御する場合、ステップＳ５において、許容範囲判定部５５は、最新のパラメータＤＡＯＰＸとパラメータＤＡＯＩＸとの少なくとも一方が、許容値ＤＡＯＰＸ＿Ｌと許容値ＤＡＯＩＸ＿Ｌとの少なくとも一方を超えたか否かを判定する。その結果、最新のパラメータが許容値を超えたと許容範囲判定部５５が判定した場合、制御棒移動部５６は、許容範囲判定部５５が出力した警報信号を取得して、現在のプロット点から楕円軌跡の長径ａまでのＸ軸方向距離を算出する。そして、当該距離に基づいて、制御棒１３の移動量を算出し、その分だけ制御棒１３を挿入させる旨の操作信号を制御棒駆動装置１４へ出力する。
【００７１】
また、報知部５７による警報に基づき、作業者が制御棒１３を操作してもよい。この場合、許容範囲判定部５５は、最新のパラメータＤＡＯＰＸとパラメータＤＡＯＩＸとの少なくとも一方が、許容値ＤＡＯＰＸ＿Ｌと許容値ＤＡＯＩＸ＿Ｌとの少なくとも一方を超えたか否かを判定する。そして、最新のパラメータが許容値を超えたと許容範囲判定部５５が判定した場合、報知部５７は、例えば、最新のプロット点の表示色を変更して表示することで、その旨を警報する。これにより、作業員は、最新のパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値を超えたことを容易に視認できるので、制御棒１３を操作するタイミングを確実に把握できる。最新のパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）が許容値を超えたことを把握した作業員は、入力手段３から制御棒１３を移動させるための操作を実行する。
【００７２】
以上、本実施形態によれば、
１．原子炉１０内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御でき、キセノン振動を迅速かつ極めて小さく抑制し、原子炉制御上の安全性を確実なものにすることができる。
２．制御棒１３の移動タイミング及び移動量が容易に視認され、簡単かつ確実に制御棒１３を操作することができ、制御戦略を極めて簡単明瞭なものにすることができる等の効果を奏する。
３．パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）の最新のプロット点と許容範囲軌跡Ｌとを同じ表示手段２で同時に比較することにより、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えた場合のみならず、超える前であっても制御棒１３を移動させることができる。これによって、最新のプロット点が許容範囲軌跡Ｌを超えるおそれがある場合でも原子炉内の軸方向出力分布を制御して、キセノン振動をより迅速に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係る軸方向出力分布制御方法及び軸方向出力分布制御補助装置は、原子炉の軸方向における出力分布を制御することに有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１  軸方向出力分布制御装置
１ａ  軸方向出力分布制御プログラム
２  表示手段
３  入力手段
４  記憶手段
５  演算処理手段
１０  原子炉
１１  圧力容器
１２  炉心
１３  制御棒
１４  制御棒駆動装置
１５ａ  炉外中性子束検出器
１５ｂ  炉内中性子束検出器
１６  中性子束計測装置
４１  プログラム保存部
４２  制御情報保存部
５１  相対出力取得部
５２  軸方向出力分布偏差算出部
５３  パラメータ算出部
５４  軌跡表示部
５５  許容範囲判定部
５６  制御棒移動部
５７  報知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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